Evolução da paisagem e conectividade hidrogeomorfológica na Bacia do Rio Cunha - SC.

Abstract

Resumo: O presente trabalho abordou a relação entre processos hidrogeomorfológicos, conectividade e evolução da paisagem, utilizando dados de campo e modelagem computacional. A área de estudo escolhida a bacia do Rio Cunha, pois na mesma recentes processos hidrogeomorfológicos modificaram a paisagem. Além das análises em escala de bacia, um trecho do rio principal da bacia do rio Emilio, sub-bacia do rio Cunha, foi selecionado para a análise da evolução da paisagem em escala de canal. Uma estação hidrossedimentométrica foi instalada na exutória do rio Cunha, cujos dados foram comparados com as simulações. Os demais dados de campo foram obtidos por meio de medições de vazão, coletas de sedimento e fotogrametria de baixa altitude. Para a modelagem computacional, o modelo Cellular Automaton Evolutionary Slope and River (CAESAR) foi utilizado em ambas escalas, de bacia e de canal. Para analisar a sensibilidade da bacia do rio Cunha à evolução, uma série sintética horária de precipitação de 100 anos foi criada. Esta série foi multiplicada por um fator de aumento e de redução, para determinar se alterações no regime pluviométrico modificariam o comportamento evolutivo da bacia. Os resultados desta etapa do trabalho demonstraram que a bacia possui um comportamento não-linear em relação a variação da precipitação. O aumento da produção de sedimentos não foi proporcional à variação da precipitação, bem como o ajuste inicial da bacia. O Índice Topográfico (IT) e o fator LS foram utilizados como métricas para comparar a evolução ao longo de 10, 50 e 100 anos de simulação, para diferentes variações de precipitação. O IT apresentou pouca variação ao longo dos anos simulados. O LS apresentou maior variação, havendo um aumento dos valores extremos após 50 e 100 anos. Contudo, em 10 anos, não houve relação direta entre variação da precipitação e o comportamento do LS. Verificou-se também por meio de simulações como o aumento das áreas instáveis devido à ocorrência de deslizamentos influenciaria no comportamento evolutivo da bacia. Com 23% da bacia instável, houve um aumento de apenas 9% na produção total de sedimentos ao longo de 100 anos, quando comparados com a evolução sem deslizamentos. Em escala de canal, observou-se que a tensão crítica exercida pela vegetação tem maior papel tanto quanto maior é a erosão lateral no canal. Além disso, quanto maior a tensão crítica, maior é o índice de sinuosidade do canal. Por meio de mosaicos elaborados a partir das fotos de baixa altitude, demonstrou-se que os processos erosivos das margens podem estar contribuindo para a entrada de sedimentos grosseiros no canal, modificando a sua morfologia. Dessa maneira, a conectividade lateral entre canal e planície de inundação pode estar contribuindo para alterar as características morfológicas. Esta hipótese foi testada no CAESAR. Demonstrou-se que a erosão no canal é capaz promover a evolução de um trecho pool-riffle para plane-bed ou step-pool. Dessa maneira, há uma relação entre conectividade lateral, evolução e classificação do canal. Por fim, foram simuladas as alterações na evolução da bacia devido à formação de uma barragem ocasionada pela conectividade lateral de um fluxo de detritos. A formação de uma barragem devido ao fluxo de detritos ocasionou uma desconectividade longitudinal. Foram comparados os resultados das simulações com e sem a barragem, o que permitiu a elaboração do conceito de conectividade hidrogeomorfológica. Um modelo conceitual foi então elaborado para demonstrar a relação entre processos hidrogeomorfológicos, conectividade hidrogeomorfológica e evolução da paisagem.

Abstract: The present work investigated the relationship between hydrogeomorphological processes, connectivity and landscape evolution using field data and computer modeling. The Cunha watershed was chosen as study area, since hydrogeomorphological processes promoted landscape changes on it. Besides the analysis on watershed scale, a reach from the main channel of Emilio watershed, sub basin from Cunha watershed, was chosen to reach scale analysis. A hydrosedimentological gauge was installed on Cunha watershed, whose data was compared with simulations results. The other data like discharge measurement, sediment samples and low elevation photos were collected on the field. Cellular Automaton Evolutionary Slope and River (CAESAR) was used to simulates the landscape evolution in both scales: watershed and channel. To analyze the landscape sensitivity to evolution an hourly synthetic rainfall series of hundred years was created. This rainfall series was multiplied by increase and decrease factors to determine if the precipitation variability will change the evolution behavior. Results showed a non-linear behavior related to precipitation variability. The increase of total sediment yield was not proportional to the changes in precipitation series. The initial watershed adjustment also was not proportional. To compare the landscape evolution after 10, 50 and 100 simulated years, the Topographic Index (TI) and LS factor were used. The TI showed few variation. On the other hand, LS factor showed more variation, with an increase of extreme values after 50 and 100 simulated years. However, in 10 years, there was no direct relationship between rainfall variation and LS behavior. It was also analyzed how the increase of unstable areas will affect the watershed evolution. If 23% of the watershed was unstable, there would be an increase of only 9% in total sediment yield. In reach scale, it was noted that the vegetation critical shear stress has more influence in the channel evolution as higher is the value of lateral erosion. Furthermore, higher values of critical stress promotes higher values of sinuosity. It was demonstrated, by low elevations photos, that streambank erosion could be contributing to coarse sediment deposition on the channel, resulting in morphological changes. In this way, lateral connectivity between channel and floodplain could be induced a changing in the morphological classification. This hypothesis was tested on CAESAR. The simulations showed that lateral erosion and in channel erosion were capable to modify a pool-riffle reach in a plane-bed or step-pool reach. Thus, there is a relationship between lateral connectivity, channel evolution and morphological classification. At last, the changing in landscape evolution behavior due a debris flow dam was analyzed. This debris flow dam resulted in a longitudinal desconnectivity. It was compared the simulation results with and without a dam in the channel. Based on this comparison, the hydrogeomorphological connectivity concept was proposed. A conceptual model was created to show the relationship between hydrogeomorphological processes, hydrogeomorphological connectivity and landscape evolution.